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深入解析:SPAD与APD的微妙差异

探讨单光子雪崩二极管与雪崩光电二极管的差异

单光子雪崩二极管(SPAD)和雪崩光电二极管(APD)都是能够将光信号转化为电信号的光检测器,但两者之间仍存在一些细微差异:

  1. 工作原理:SPAD被设计用来检测单个光子;相比之下,APD的目的是检测和测量广范围的光强

度信号。

  1. 灵敏度:SPAD的灵敏度高于APD,可以精确检测单个光子;APD灵敏度较低,用于检测和测量不同光强度的光信号。
  2. 线性度:SPAD输出电信号与入射光强度之间的线性关系,通常不如APD理想。
  3. 应用:SPAD常用于需要高灵敏度和单光子检测的场合,如量子密钥分发、光达和传感;APD常用于需要检测和测量广范围光强度的场合,如光通信、医学成像和军事应用。 总结来说,SPAD和APD的主要差异在于灵敏度和所检测的光信号类型。SPAD灵敏度高,检测单个光子;APD 灵敏度较低,检测广范围的光强度。

为什么 APD 需要更高的偏压电压?

雪崩光电二极管(APD)需要相对较高的偏压电压才能正常工作。高偏压对于在APD内部产生足够强大的电场以驱动载流子(电子和空穴)发生雪崩倍增至关重要。 当APD吸收入射光子时,会生成一对电子空穴。强大的电场使电子和空穴朝相反方向移动并与其他载流子碰撞。这些碰撞会触发链式反应,即雪崩倍增,产生更多载流子。载流子数目的增加会提升APD的电流,使其能够检测和测量不同的光强度。

决定APD所需偏压电压强度的因素有几项,包括材料成分、掺杂度、大小和几何形状。通常,较大的APD,掺杂度越高,所需的偏压越高,以产生进行雪崩倍增所需的电场。总之,高偏压对于APD的正常工作至关重要,因为它可产生驱动载流子发生雪崩倍增的电场,使APD能够检测和测量广范围的光强度。

APD中的雪崩效应是什么?

当入射光子被APD吸收时,会生成一对电子空穴,此时便会在雪崩光电二极管(APD)中发生雪崩效应。雪崩效应是APD正常工作的关键,使其能够检测和测量不同的光强度。雪崩效应的产生依赖于APD内形成足够强大的电场以驱动载流子发生雪崩倍增。在强大的电场作用下,电子和空穴相互碰撞。这些碰撞会触发更多载流子生成的链式反应,即雪崩倍增。 载流子数目的增加会提高APD的电流,使其能够检测和测量不同的光强度。雪崩效应的大小与APD内部电场强度和材料的掺杂度成正比。电场越强、掺杂度越高会导致载流子倍增越多,使APD的增益越高。总的来说,雪崩效应是APD重要的工作机制,它依赖于电场驱动载流子发生雪崩倍增,使APD具有检测广范围光强度的能力。

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